Summary

Test af Nanopartikel Frigivelse fra et Composite indeholdende nanomateriale Brug en afdeling System

Published: November 22, 2016
doi:

Summary

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

Abstract

Med den hurtige udvikling af nanoteknologi som et af de vigtigste teknologier i det 21. århundrede, er interessen for sikkerheden af forbrugerprodukter med nanomaterialer også stigende. Evaluering af nanomateriale frigivelse fra produkter, der indeholder nanomaterialer er et afgørende skridt i at vurdere sikkerheden af ​​disse produkter, og har resulteret i flere internationale bestræbelser på at udvikle konsekvente og pålidelige teknologier for standardisering evaluering af nanomateriale frigivelse. I denne undersøgelse er frigivelsen af ​​nanomaterialer fra produkter med nanomaterialer evalueres med et kammer, der omfatter en kondensation partikeltæller, optisk partikeltæller, og prøveudtagning porte til at indsamle filter prøver til elektronmikroskopi analyse. Det foreslåede kammer systemet testes hjælp af en abrasor og disc-type nanocomposite materiale prøver at afgøre, om nanomateriale udgivelse er gentagelig og konsekvent inden for et acceptabelt område.Testresultaterne viser, at det samlede antal partikler i hver test ligger inden for 20% fra gennemsnittet efter flere forsøg. tendenser De release er ens, og de viser meget god gentagelsesnøjagtighed. Derfor kan den foreslåede kammer-systemet anvendes effektivt til nanomateriale release test af produkter, der indeholder nanomaterialer.

Introduction

Nanomateriale eksponering er for det meste blevet undersøgt i forhold til arbejdstagere på arbejdspladser fremstiller, håndtering, opdigte, og emballage nanomaterialer, mens forbrugernes eksponering ikke er blevet omfattende undersøgt. En nylig analyse af de miljømæssige og sundhedsmæssige litteratur database oprettet af Det Internationale Råd for Nanoteknologi (ICON) indikerede også, at de fleste nanomateriale sikkerhed forskning har fokuseret på farer (83%) og potentiel eksponering (16%), med udgivelsen fra nanokompositter, der repræsenterer forbrugernes eksponering, kun udgør 0,8% 1. Således meget lidt er kendt om forbrugernes eksponering for nanomaterialer.

Nanopartikel frigivelse er blevet anvendt til at estimere forbrugernes eksponering i simulation undersøgelser, herunder slid og forvitring af nanokompositter, vaske tekstiler eller Støvethed test metoder, såsom den roterende tromle-metoden, vortex ryste metode og andre shaker metoder 2-3. Plus, flere internationaleforsøg, såsom ILSI (International Life Science Institute) nanorelease og EU NanoReg, er blevet gjort for at udvikle teknologi til at forstå frigivelsen af ​​nanomaterialer, der anvendes i forbrugerprodukter. Den ILSI nanorelease forbrugsvare lanceret i 2011 repræsenterer en livscyklustilgang til nanomateriale frigørelse fra forbrugerprodukter, hvor fase 1 indebærer nanomateriale udvælgelse, fase 2 dækker evalueringsmetoder, og fase 3 implementerer sammenlignende undersøgelser. Adskillige monografier og publikationer om sikkerheden ved nanomaterialer i forbrugerprodukter er også blevet offentliggjort 4-6.

I mellemtiden, NanoReg repræsenterer en fælles europæisk tilgang til det lovmæssige forsøg af fremstillede nanomaterialer og giver et program af metoder til brug i simulering tilgange til nanorelease fra forbrugerprodukter 2. ISO TC 229 forsøger også at udvikle standarder er relevante for forbrugernes sikkerhed og indsende en ny arbejdsmiljø forslag element for forbrugernes sikkerhed. OECD WPMN (working fest på nanomaterialer), især SG8 (styregruppe om eksponeringsvurdering og eksponering afbødning), for nylig gennemført en undersøgelse af retningen af ​​det fremtidige arbejde, især forbrugerne og miljøvurdering eksponering. Derfor, i lyset af disse internationale aktiviteter, de koreanske ministerier for handel, industri og energi lanceret en differentieret projekt i 2013 fokuserede på "Udvikling af teknologier til evaluering sikkerhed og standardisering af nanomaterialer og nanoprodukter". Plus, at flere forbruger sikkerhedsrelevante undersøgelser standardisere nanomateriale løsladelse fra forbrugerprodukter er også blevet offentliggjort 7-8.

En slid test er en af de simulation tilgange indgår i ILSI nanorelease og NanoReg 2-3 til bestemmelse af potentiel emissionsniveau af nanopartikler fra forskellige kommercielle sammensatte produkter. Massen vægttab udledes baseret på forskellen i prøven vægt før og efter abrasion under anvendelse af en abrasor. Nanokompositten Prøven slibes ved en konstant hastighed, en sampler suger aerosolen, og partiklerne derefter analyseret ved anvendelse af partikeltælling enheder, såsom en Kondensering Particle Counter (CPC) eller optisk partikeltæller (OPC), som opsamles på en TEM (transmissionselektronmikroskopi) gitter eller membran til yderligere visuel analyse. Imidlertid gennemfører en slidtest for nanocomposite materialer kræver en konsekvent nanopartikel frigivelse, hvilket er vanskeligt, på grund af partikel opladning som følge af slid, og når sampling partiklen udføres nær emissionspunktet 2-3, 9-11.

Derfor er dette dokument viser et kammer-system som ny metode til evaluering nanomateriale frigivelse i tilfælde af slid af nanocomposite materialer. Sammenlignet med andre slid og simulation tests, giver den foreslåede kammer systemet konsistente data nanopartikel frigivelse i tilfælde af slid. Desuden er denne nye testmetodehar været meget anvendt i forbindelse med indeklimaet og semi-adfærd industrien som samlede partikelantal optælling metode 12, 13. Derfor forventes det, at der kan udvikles den foreslåede metode til en standardiseret metode til test nanopartikel frigivelse fra forbrugerprodukter, der indeholder nanomaterialer.

Protocol

1. Fremstilling af instrumenter og Prøver Abrasor Baseret på en slid testeren, bruge en abrasor med en prøve rotation fase (140 mm diameter), to slid hjul holdere, og en rotationshastighed på 30-80 rpm. Brug en vægt til at fastgøre slid hjul for slitage hjul holder, som også gælder belastning til prøveemnet den. Installer en ekstra luftindtag for at give bedre suspension til de bortslebne partikler, som vist i figur 3. Brug en 1/8 "-…

Representative Results

Slidstyrke Test Reproducerbarhed Brug Chamber System De samlede partikelantal stemte overens til 8 Slidproeve, som vist i tabel 3. CPC målte gennemsnit 3,67 x10 9 partikler, mens OPC tælles gennemsnitligt 1,98 x 10 9 partikler (> 0,3 um). Afvigelserne var inden for 20%, hvilket udgjorde en konsekvent frigivelse af partikler under slid. <p class="jove_step" fo:keep-together.within-pa…

Discussion

De mest kritiske trin ved udførelse af nanorelease test fra nanocomposite materialer ved anvendelse af en afslidningstest var: 1) ved anvendelse af et kammer-system fremstillet af rustfrit stål med en Neutralizer at fjerne den elektrostatiske ladning genereret ved slid og reducere aflejring af partikler på kammervæggene; 2) at give ekstra luft at give bedre partikelsuspension; og 3) prøveudtagning de frigivne partikler og online overvågning ved hjælp af en CPC og OPC fra stikkontakt, der indeholdt en mixer bestå…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by the “Development of technologies for safety evaluation and standardization of nanomaterials and nanoproducts” (10059135)” through the Korea Evaluation Institute of Industrial Technology by the Korean Ministry of Trade, Industry & Energy.

Materials

Foamex Taeyoung, R. of Korea
MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composite Hanwha, Incheon, R. of Korea 2% MWCNTs in low density polyethylene
Abrasion Paper Derfos, R. of Korea #100 100 grit sand paper
Condensation Particle Counter (CPC) TSI Inc, Shoreview, MN UCPC 3775
Optical Paritcle Counter (OPC) Grimm, Ainring, Germany 1.109
Mini Particle Sampler Ecomesure, Saclay, France
Quantifoil Holey Carbon Film TED PELLA Inc. USA 1.2/1.3
Filter Holder custom made
Polycarbonate Filter  Millipore, USA CAT No. GTTP02500
Soft X-ray Ionizer (Neutralizer) SUNJE, R. of Korea SXN-05U
Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM) Hitachi S-4300

Referencias

  1. Froggett, S. J., Clancy, S. F., Boverhof, D. R., Canady, R. A. A review and perspectives of existing research on the release of nanomaterials from solid nanocomposites. Part Fibre Toxicol. 11, (2014).
  2. Kingston, C., Zepp, R., Andrady, A., Boverhof, D., Fehir, R., Hawkins, D. Release characteristics of selected carbon nanotube polymer composites. Carbon. 68, 33-57 (2014).
  3. Kaiser, D., Stefaniak, A., Scott, K., Nguyen, T., Schutz, J. . Methods for the Measurement of Release of MWCNTs from MWCNT-Polymer Composites, NIST. , (2014).
  4. Nowack, B., David, R. M., Fissan, H., Morris, H., Shatkin, J. A., Stintz, M. Potential release scenarios for carbon nanotubes used in composites. Environ. Int. 59, 1-11 (2013).
  5. Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case Study on Risk Evaluation of Silver Nanoparticle Exposure from Antibacterial Sprays Containing Silver Nanoparticles. J of Nanomaterial. , 346586 (2015).
  6. Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case study on risk evaluation of printed electronics using nanosilver ink. Nano Convergence. , (2016).
  7. Vorbau, M., Hillemann, L., Stintz, M. Method for the characterization of the abrasion induced nanoparticle release into air from surface coatings. J. Aerosol Sci. 40, 209-217 (2009).
  8. Golanski, L., Gaborieau, A., Guiot, A., Uzu, G., Chatenet, J., Tardif, F. Characterization of abrasion-induced nanoparticle release from paints into liquids and air. J. Phys. Conf. Ser. 304, 012062 (2011).
  9. Wohlleben, W., Brill, S., Meier, M. W., Mertler, M., Cox, G., Hirth, S. On the lifecycle of nanocomposites: Comparing released fragments and their in-vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites. Small. 7, 2384-2395 (2011).
  10. . . ISO 7784-1, Paints and varnishes — Determination of resistance to abrasion — Part 1: Rotating abrasive-paper-covered wheel method. , (1997).
  11. . . ISO 5470-1, Rubber- or plastics-coated fabrics — Determination of abrasion resistance — Part 1: Taber abrader. , (1999).
  12. Schlagenhauf, L., Chu, B. T. T., Buha, J., Nüsch, F., Wang, J. Release of carbon nanotubes from an epoxy-based nanocomposites during an abrasion process. Enviorn. Sci. Tech. 46, 7366-7372 (2012).
  13. Bello, D., Wardle, B. L., Yamamoto, N., deVilloria, R. G., Garcia, E. J., Hart, A. J. Exposure to nanoscale particles and fibers during machining of hybrid advanced composites containing carbon nanotubes. J. Nanopart. Res. 11, 231-249 (2009).
  14. Cena, L. G., Peters, T. M. Characterization and control of airborne particles emitted during production of epoxy/carbon nanotube nanocomposites. J. Occup. Environ. Hyg. 8, 86-92 (2011).
check_url/es/54449?article_type=t

Play Video

Citar este artículo
Lee, G. H., Ahn, K., Yu, I. J. Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System. J. Vis. Exp. (117), e54449, doi:10.3791/54449 (2016).

View Video